模拟氮沉降对鼎湖山森林土壤酸性磷酸单酯酶活性和有效磷含量的影响

采用野外原位试验模拟氮(N)沉降,研究了其对鼎湖山马尾松林、混交林和季风林3种森林类型土壤酸性磷酸单酯酶活性(APA)和有效磷(AP)含量的影响.在季风林中设置对照(0 kg N·hm-2·a-1)、低N(50 kg N·hm-2·a-1)、中N(100 kg N·hm-2·a-1)和高N(150 kg N·hm-2·a-1)处理,在马尾松林和混交林中只设置对照、低N和中N处理.结果表明:随着土层加深,土壤APA和AP含量降低.土壤APA在季风林中最高,而AP含量在3种林型中没有显著差异.N沉降增加对土壤APA的作用与林型有关.季风林中适度N沉降可使APA升高,且低N处理的APA(19.52 μmol·g-1·h-1)最高;马尾松林和混交林中,中N处理的APA最高,分别为12.74和11.02 μmol·g-1·h-1.3种林型的AP含量均在低N处理下最高,但各N处理之间的差异并不显著.土壤APA与AP含量之间呈显著正相关关系.     

鼎湖山苗圃和主要森林土壤CO2排放和CH4吸收对模拟N沉降的短期响应

研究了鼎湖山生物圈保护区苗圃(幼苗)、马尾松、混交林和季风常绿阔叶林(季风林)土壤CO2排放和CH4吸收的一些特征及其对模拟N沉降增加的响应.结果表明,土壤CO2日(白天)平均排放量的大小顺序为(平均值±标准误)苗圃(258±62mg·m-2·h-1)＞季风林(177±42 mg·m-2·h-1)＞马尾松林(162±39 mg·m-2·h-1)＞混交林(126±30 mg·m-2·h-1).土壤CH4日(白天)平均吸收量的大小顺序为马尾松林(-0.15±0.02 mg·m-2·h-1)＞季风林(-0.08±0.01 mg·m-2·h-1)＞混交林(-0.07±0.01 mg·m-2·h-1)＞苗圃(-0.05±0.01 mg·m-2·h-1).低N(50 kg N·hm-2·a-1)和中N(100kg N·hm-2·a-1)处理对苗圃、马尾松林和混交林样地土壤CO2日平均排放量的影响均不明显,高N(150 kg N·hm-2·a-1)处理对苗圃土壤CO2的日平均排放量也无显著影响,但倍高N(300kg N·hm-2·a-1)处理显著促进苗圃样地土壤CO2的排放.然而,所有N(低N、中N和高N)处理均显著促进季风林土壤CO2日平均排放量,且这种促进作用随N处理水平的升高而增加.N处理显著促进季风林和马尾松林土壤对CH4吸收速率,但对混交林土壤CH4吸收则无明显的影响.在苗圃样地,除倍高N外,N处理对土壤CH4吸收速率也无显著作用,但倍高N处理使苗圃土壤发生功能转变,即从CH4汇转变为CH4源.     

氮、磷添加对不同林型土壤磷酸酶活性的影响

研究了鼎湖山3种森林类型(南亚热带季风常绿阔叶林、马尾松人工林和针叶阔叶混交林)的土壤酸性磷酸单酯酶活性(APA)对施肥的响应情况。在3种林型中分别设置对照、加氮(150 kg N hm-2a-1)、加磷(150 kg P hm-2a-1)以及N和P同时添加(150 kg N hm-2a-1+150 kg P hm-2a-1)4种不同处理。结果表明,季风林土壤APA((15.83±2.46)μmol g-1h-1)显著高于混交林((10.71±0.78)μmol g-1h-1)和马尾松林((9.12±0.38)μmol g-1h-1),且3种林型土壤APA与土壤有效磷含量均呈显著负相关。施加N肥显著提高了季风林土壤APA,而对混交林和马尾松林的作用不显著。施加P肥显著降低了混交林和马尾松林土壤APA,但对季风林的影响不明显。N和P同时添加仅显著降低了马尾松林土壤APA,但在季风林中存在交互作用。因此,N沉降会加剧亚热带成熟林土壤P的限制,可以考虑施加P肥作为森林管理的一种方式来缓解这种限制作用。     

鼎湖山主要森林土壤N2O排放及其对模拟N沉降的响应

研究了鼎湖山生物圈保护区马尾松(Pinus massoniana)林、混交林和季风常绿阔叶林(季风林)土壤N₂O排放特征及其对氮沉降增加的响应。在1999~2002年期间,3种森林土壤N₂O排放速率均表现明显的季节性变化特点,但这种季节性变化因年份和森林类型不同而异,总的来说,3种森林土壤N₂O排放速率呈现夏秋季较高而冬春季较低的变化。土壤N₂O排放速率在3年观测期间的平均值分别为(g·hm^-2·d^-1):14.2±3.1(季风林),5.8±0.9(混交林)和5.1±0.9(马尾松林)。土壤N₂O排放速率与土壤温度之间在季风林呈现显著的指数正相关关系,但在混交林和马尾松林中它们之间的关系则均不明显。经3个月的模拟氮沉降试验后,氮沉降增加对季风林和马尾松林土壤N₂O的排放均具有明显的促进作用,且这种促进作用随氮沉降水平的升高而增强,但对混交林土壤N₂O排放的影响则不明显。     

氮添加对三峡库区马尾松-栓皮栎混交林土壤微生物生物量和酶活性的影响

选择三峡库区的马尾松-栓皮栎混交林,分析不同浓度氮添加(0、30、60、90 kg N·hm-2·a-1)对土壤微生物生物量、酶活性和养分含量的影响,为在大气氮沉降持续增加的背景下预测该地区森林土壤碳动态提供科学依据.结果 表明:各氮添加处理下土壤有机碳、全氮和微生物生物量碳、氮、磷均显著提高,土壤pH值下降,全磷含量...     

模拟氮沉降对华西雨屏区慈竹林土壤活性有机碳库和根生物量的影响

从2008年1月起,对华西雨屏区慈竹(Neosinocalamus affinis)人工林进行了模拟氮沉降试验,氮沉降水平分别为对照(CK,0 g.m-.2a-1)、低氮(5 g.m-.2a-1)、中氮(15 g.m-.2a-1)和高氮(30 g.m-.2a-1)。在模拟氮沉降1.5 a后,按土层深度取土样和根样,测定不同深度土壤活性有机碳含量和根生物量。结果表明,华西雨屏区慈竹林土壤有机碳、微生物量碳、浸提性溶解有机碳和活性碳含量均随土层深度的增加而减少。氮沉降显著减少了土壤微生物量碳和活性碳含量,显著增加了浸提性溶解有机碳含量,并使得土壤碳库管理指数减小。同时,慈竹林根密度在氮沉降条件下减少了12%-14%。说明氮沉降的增加减少了土壤有机碳中的活性部分,增加了土壤有机碳的淋溶流失,降低了慈竹林土壤碳库质量。同时,根系生物量的减少,间接影响了土壤微生物活动和土壤碳周转过程。在未来氮沉降持续增加的背景下,慈竹林土壤对碳的保持能力可能会下降。     

南亚热带森林土壤有机碳组分对模拟酸雨的早期响应

应用人工模拟酸雨控制实验,探讨鼎湖山国家级自然保护区三种南亚热带主要植被类型(季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松林)的土壤有机碳组分,包括土壤总有机碳(TOC)、土壤易氧化有机碳(ROC)、土壤不易氧化有机碳(NROC),在不同模拟酸雨处理梯度:对照CK(pH4.5的天然湖水)、pH4.0、pH3.5、pH3.0处理下的响应特征。结果表明:上层土壤(0~20cm)易氧化有机碳、不易氧化有机碳和总有机碳含量与森林类型密切相关,大小顺序均表现为混交林阔叶林马尾松林。经25个月模拟酸雨处理,鼎湖山森林土壤酸化有加剧的趋势;CK、pH4.0、pH3.5、pH3.0四个处理下土壤上层剖面易氧化有机碳含量分别为阔叶林(7.14、8.29、8.74、9.84g·kg-1)、混交林(8.58、8.53、10.28、10.36g·kg-1)和马尾松林(3.90、4.49、4.74、5.48g·kg-1),三个林型土壤易氧化有机碳含量呈现随模拟酸雨强度增加而升高的趋势;森林土壤总有机碳和不易氧化有机碳含量变化缓慢,在各酸梯度处理下差异不显著(P0.05)。研究结果显示,长期的酸雨作用使土壤酸化不断加剧,易氧化有机碳对酸雨的响应更敏感,但其在酸雨下积累的趋势不利于土壤总有机碳的存埋,但关于酸雨对土壤总有机碳的影响仍然需要长期的实验监测。     

模拟氮沉降增加对南亚热带主要森林土壤动物的早期影响

对模拟氮沉降增加条件下3种南亚热地带代表性森林(季风常绿阔叶林、针阔混交林和马尾松纯林)内土壤动物群落的早期响应特征进行了比较研究.试验采用模拟的方法,人为构建了一个氮沉降增加梯度系列,即对照、低氮处理(50kg·hm^-2·yr^-1)、中氮处理(100kg·hm^-2·yr^-1)和高氮处理(150kg·hm^-2·yr^-1).结果表明,不同林分对氮沉降增加的响应不同;季风林与针叶林表现了两种截然相反的变化趋势,前者反映的是负向效应,土壤动物的3项指标均明显下降,而后者则反映出明显的正向效应,使得针叶林土壤动物的各项指标达到混交林,甚至季风林的水平;氮沉降增加对混交林则没有表现出明显的作用.不同氮沉降增加水平所产生的效应也不完全相同.在季风林内,参比对照,中氮处理往往表现出显著的负向效应(P＜0.05),而低氮处理反应不明显;在针叶林内,氮处理的正向效应随着处理的加强而持续上升,尤其是对于土壤动物类群数指标,这种持续性均达到了显著性水平(P＜0.05).可以认为,这些结果反映了森林生态系统对氮饱和的响应机制.     

氮沉降对杉木人工林土壤有机碳矿化和土壤酶活性的影响

为探讨氮沉降对亚热带森林土壤有机碳矿化及土壤酶活性的影响规律,在杉木人工林中开展了野外模拟N沉降试验。试验设计为4种处理,分别为N0（对照）、N1（60 kg N?hm-2?a-1）、N2（120 kg N?hm-2?a-1）和N3（240 kg N?hm-2?a-1）,每处理重复3次。通过28 d的培养后发现,各土层有机碳日均矿化量随培养时间的延长呈下降趋势,而有机碳累计矿化量则逐步增加。不同氮沉降处理下各土层有机碳累计矿化量总体趋势表现为：随着氮沉降量的增加而降低,日均矿化量降低幅度以N1最大,其次是N0和N2,N3降幅最小。相同N沉降处理下,参与土壤碳循环的6种主要酶（蔗糖酶、纤维素酶、淀粉酶、β-葡糖苷酶、多酚氧化酶、过氧化物酶）活性、土壤有机碳日均矿化量和有机碳累计矿化量均随土层加深而降低。氮沉降对6种土壤酶活性的影响存在差异,对纤维素酶和多酚氧化酶具有促进作用,而对淀粉酶和过氧化物酶表现出一定的抑制作用;中-低氮沉降（N1、N2）对蔗糖酶无影响,而对β-葡糖苷酶具有促进作用,高氮沉降（N3）促进了蔗糖酶活性,但抑制了β-葡糖苷酶活性。表层土壤中,土壤有机碳累积矿化量与土壤纤维素酶、β-葡糖苷酶、过氧化物酶活性呈显著正相关。因此,氮沉降促进了表层土壤纤维素酶、多酚氧化酶和蔗糖酶的活性,但在一定程度上抑制了淀粉酶和过氧化物酶,对土壤有机碳矿化也表现出明显的抑制作用。     

南亚热带森林不同演替阶段植物与土壤中N、P的化学计量特征

选择南亚热带森林演替过程3个阶段(初期、中期和后期)的典型森林生态系统为研究对象, 在测定植物与土壤中全N、全P含量的基础上, 阐明了森林演替过程中植物与土壤的N、P化学计量特征。结果显示: 1)土壤中全N含量随演替进行而增加, 马尾松(Pinus massoniana)林(初期)、混交林(中期)和季风林(后期) 0-10 cm土层中全N含量分别为0.440、0.843和1.023 g·kg^-1; 混交林0-10 cm土层中全P的含量最为丰富, 为0.337 g·kg^-1, 马尾松林和季风林土壤全P含量分别为0.190和0.283 g·kg^-1。2)植物叶片中全N、全P的含量随演替呈减少的趋势, 但根系中全N、全P的含量都以马尾松林为最多, 混交林和季风林含量彼此相当。3)各土层中N:P随演替的进行呈现明显增加趋势, 马尾松林、混交林和季风林0-10 cm土层中N:P分别为2.3、2.5和3.6; 植物各器官中N:P随演替的进行也呈增加趋势, 且叶片和根系中的N:P相近, 马尾松林、混交林和季风林叶片中N:P分别为22.7、25.3和29.6。基于上述结果, 探讨了南亚热带森林生态系统植物与土壤中N:P特征、森林演替过程中植物与土壤中N:P变化规律以及P对南亚热带森林生态系统的限制作用。结果表明, P已经成为南亚热带森林生态系统生物生长和重要生态过程的限制因子。     

模拟氮沉降增加对寒温带针叶林土壤 CO2排放的初期影响

研究大气氮沉降增加情景下北方森林土壤CO2排放通量及其相关控制因子至关重要。在大兴安岭寒温带针叶林区建立了大气氮沉降模拟控制试验,利用静态箱-气相色谱法测定土壤CO2排放通量,同时测定土壤温度、水分、无机氮和可溶性碳含量等相关变量,分析寒温带针叶林土壤CO2排放特征及其主要驱动因子。结果表明:氮素输入没有显著改变森林土壤含水量,但降低了有机层土壤溶解性无机碳(DIC)含量,并增加有机层和矿质层土壤溶解性有机碳(DOC)含量。增氮短期内不影响土壤NH+4-N含量,但促进了土壤NO-3-N的累积。增氮倾向于增加北方森林土壤CO2排放。土壤CO2通量主要受土壤温度驱动,其次为土壤水分和DIC含量。虽然土壤温度整体上控制着土壤CO2通量的季节变化格局,但在生长旺季土壤含水量对其影响更为明显。在分析增氮对土壤CO2通量的净效应时,除了土壤温度和水分外,还要考虑土壤有效碳、氮动态的影响。     

氮沉降对长白山森林土壤团聚体内碳、氮含量的影响

氮沉降是影响陆地生态系统碳、氮循环的最重要因素之一.为了解土壤团聚体碳、氮组分对氮沉降的响应,本研究在长白山选取次生杨桦林(YHL)与原始阔叶红松林(HSL)两种林型进行为期6年的氮添加试验,采集土壤样品并分析氮沉降对不同粒径土壤团聚体中可溶性有机碳、氮(DOC和DON)、微生物生物量碳、氮(MBC和MBN)、颗粒有机碳、氮(POC和PON)的影响.结果表明: 除POC和PON外,两林分土壤团聚体碳、氮组分含量均随团聚体粒径的减小而增加;氮添加处理显著降低了HSL土壤团聚体中POC和PON含量,降幅分别达20.7%和22.6%,显著增加了DOC含量,增幅达11.6%;氮添加处理对YHL土壤团聚体的碳、氮组分均无显著影响,其中,对DOC和MBC的影响接近于显著(0.05＜P＜0.1).皮尔森相关分析结果表明,土壤团聚体中总碳或总氮与碳、氮活性组分之间有良好的相关性,其中,HSL土壤的POC与DOC之间呈极显著负相关(r=-0.503),DOC又与MBC呈显著正相关关系(r=0.462).氮添加处理降低阔叶红松林土壤团聚体中POC和PON含量、增加DOC含量的主要原因是其促进了微生物对POM的分解,进而导致DOC的释放.阔叶红松林土壤碳、氮库对氮沉降的响应比次生杨桦林更加敏感.     

Increasing phosphorus limitation along three successional forests in southern China

Background and Aims

Phosphorus (P) is commonly one of most limiting nutrients in tropical and subtropical forests, but whether P limitation would be exacerbated during forest succession remains unclear.

Methods

Soil phosphatase activity is often used as an indicator of P limitation. Here we examined soil acid phosphatase activity (APA) underneath tree species in pine forest (PF), mixed pine and broadleaf forest (MF) and monsoon evergreen broadleaf forest (MEBF) which represented the early, middle and late successional stages of subtropical forests in China, respectively. We also analyzed other indicators of P status (soil available P and N and P stoichiometry of the tree species).

Results

APA or APA per unit soil organic carbon under tree species was relatively low in the early successional forest. Different from PF and MF, soil available P beneath the tree species was lower than in the bulk soils in MEBF. Soil APA was closely related to N:P ratios of tree species across all three forests.

Conclusions

Our results imply that P limitation increases during forest succession at our site. The dominant tree species with low soil APAs in MEBF are likely more P-limited than other tree species.     

鼎湖山森林土壤渗透水酸度和无机氮含量对模拟氮沉降增加的早期响应

在林地分别喷加0、50、100和150kg N hm^-1a^-1,研究鼎湖山马尾松林、马尾松针阔混交林和季风常绿阔叶林中土壤20cm深渗透水酸度和无机氮含量在开始9个月的变化。结果表明,3种森林对照样方土壤渗透水pH值为3．82—4．24,外加氮处理使其平均降低了0．08—0．18。3个森林对照样方土壤渗透水无机氮平均含量分别为6．14、6．66和11．64mg L^-1,铵态氮占15．0％、11．9％和3．0％。外加氮处理使3种森林土壤渗透水铵态氮和硝态氮含量均有不同程度的提高,这表明外加氮处理不但增加了无机氮从森林土壤流失的潜力,而且使土壤进一步酸化。     

人工油松林（Pinus tabulaeformis）恢复过程中土壤微生物生物量C、N的变化特征

采用时空替代法,选取15a（PF15）、25a（PF25）、30a（PF30）的人工油松林作为样地,并选取灌丛作为参考植被,研究了植被恢复过程中土壤微生物生物量C、N以及土壤养分的变化特征,同时探讨了它们之间的相互关系。研究结果表明随着恢复的进行,土壤质量得到了改善,主要表现为有机碳、全氮、粘粒含量、土壤含水量的上升和pH值、容重的下降。土壤微生物生物量C、N分别在155.00~885.64mg/kg和33.73~237.40mg/kg的范围内变化。土壤微生物生物量C、N在植被恢复的初期显著低于灌丛,而后随着恢复的进行逐步增长。土壤微生物生物量C、N与植被恢复时间的相关性没有达到统计学上的显著水平,但是土壤微生物生物量C与土壤有机碳、全氮、全磷呈显著正相关,这表明植被恢复过程中土壤微生物生物量与土壤养分状况关系密切,植被恢复通过改善土壤养分状况间接地影响土壤微生物生物量的变化。Cmic/TOC在1.38%~4.75%的范围内变化。Cmic/TOC随着植被恢复不断下降,Cmic/TOC与植被恢复时间和土壤有机碳呈显著负相关,这表明植被恢复过程中,惰性有机质积累导致供应土壤微生物的活性有机质减少,Cmic/TOC同时受土壤有机质的数量和质量影响。     

鼎湖山主要森林土壤CO_2排放和CH_4吸收特征

研究了鼎湖山生物圈保护区马尾松林、混交林和季风常绿阔叶林(季风林)在2000~2001年期间土壤CO2排放和CH4吸收特征。季风林、混交林和马尾松林土壤CO2排放速率在研究期间的平均值分别为(kgCO2-C·hm-2·d-1):18.6±2.6,20.5±3.7和17.8±3.8,土壤CH4吸收速率则分别为(gCH4-C·hm-2·d-1):-5.5±1.8,-3.3±1.6和-7.7±1.8。土壤CO2排放速率和土壤CH4吸收速率在三种森林类型中均表现明显的季节性变化,且其季节性变化根据森林类型和年份不同而异。总的来说,土壤CO2排放速率在所有森林中均呈现夏季最高而冬季最低的变化,土壤CH4吸收速率的季节性变化则相反,基本上表现为冬季最高而夏季最低的变化。三种森林土壤的CO2排放速率和CH4吸收速率在两观测年间的差异均不显著。土壤CO2排放速率在不同森林类型间的差异也不显著,但土壤CH4吸收速率在马尾松林显著高于混交林。在两观测年中,土壤CO2排放速率与土壤CH4吸收速率之间在季风林呈现显著的负相关关系,在混交林和马尾松林中它们之间也趋向呈负相关关系,但未达显著水平。土壤CO2排放速率与土壤温度之间在季风林呈现显著的指数正相关关系,但在其余森林(混交林和马尾松林)中它们之间的关系则不明显。     

南亚热带森林演替过程中土壤线虫群落结构变化

森林演替会通过改变植物群落组成和土壤环境影响土壤生物群落, 反过来, 土壤生物群落的变化也会对生态系统的演替产生反馈作用, 但迄今南亚热带森林演替过程中土壤生物群落的变化特征尚不清晰。本研究以广东省鼎湖山的南亚热带森林演替序列(马尾松(Pinus massoniana)林-针阔叶混交林-季风常绿阔叶林)为对象, 研究了森林演替过程中土壤线虫多样性和群落结构的动态变化及其影响因素。通过采集不同演替阶段的土壤样品, 分析和比对了不同演替阶段土壤线虫的多度、多样性、群落组成、土壤线虫生态指数以及土壤理化性质的差异。结果表明: (1)在南亚热带森林演替过程中, 针阔叶混交林和季风常绿阔叶林土壤线虫的α多样性显著高于马尾松林, 但土壤线虫总数和各营养类群多度及其相对丰度并无显著变化; (2)针阔叶混交林中土壤线虫富集指数显著高于马尾松林, 表明其土壤养分状况要好于马尾松林, 而季风常绿阔叶林土壤线虫结构指数较高, 表明其受干扰程度较低; (3)针阔叶混交林的土壤含水量和土壤理化性质(除土壤总磷含量)已达到季风常绿阔叶林的水平, 但两者的土壤pH值均显著低于马尾松林, 而土壤pH值和土壤含水量是影响土壤线虫群落动态变化的主要因素。综上所述, 南亚热带森林中土壤线虫多度、多样性和群落结构对森林演替的响应略有不同, 演替过程中土壤环境因素的趋同是导致针阔叶混交林和季风常绿阔叶林中土壤线虫多样性和群落特征相似的主要原因。     

氮添加和采脂对湿地松林土壤酶活性及酶化学计量比的影响

大气氮沉降和采脂会引起树木生长和代谢的变化,从而影响土壤养分循环和酶活性.土壤酶和酶化学计量可以揭示土壤碳、氮循环和微生物生长代谢过程的养分限制,但目前亚热带湿地松人工林土壤酶和酶化学计量对氮添加和采脂的响应还不清楚.以亚热带北缘的湿地松人工林为研究对象,设置采脂(resin tapping,RT)和未采脂(no re...